集中供热系统中热储能技术的应用与性能评估研究

集中供热系统中热储能技术的应用与性能评估研究

郝博渊  

天津市热电设计院有限公司    天津市河西区  300204

摘要：热储能技术在集中供热系统中的应用具有广阔的前景和重要的意义。通过合理利用热储能技术，可以实现供热系统的能源高效利用、灵活调度和环境友好。未来的研究需要进一步完善热储能技术和评估方法，促进其在集中供热系统中的更广泛应用，为实现可持续能源发展和环境保护作出更大贡献。

关键词：集中供热系统；热储能技术；应用；性能评估

引言

集中供热系统是一种高效、环保的供热方式，随着能源的紧缺和环境保护的重要性日益凸显，热储能技术在集中供热系统中的应用备受关注。热储能技术可以将多余的热能转化为热储存介质中的潜热或化学热，以便在需要供热时释放出来，实现能源的高效利用。

1集中供热系统中热储能技术的应用优势

1.1环境优势

热储能技术可以显著降低集中供热系统对传统能源的消耗，减少对化石燃料的依赖，并降低温室气体和污染物的排放。通过合理利用和储存热能，可以充分利用非常规能源、可再生能源和废热资源，从而减少对环境的负面影响，降低全球暖化的风险。此外，热储能技术还可以减少供热系统的峰谷差，平稳供热负荷，提高能源的利用效率，减少能源的浪费和损耗，为可持续发展做出贡献。

1.2经济优势

热储能技术的应用可以有效平抑供热系统的运行费用。通过储存多余的热能，可以避免在低负荷时期过量供热，减少设备的启停频率，降低热网的运维成本。同时，热储能技术可以实现分阶段供热，利用不同时段的市场电价差异，降低能耗费用，增加生产者收益和用户节约成本。此外，通过减少长距离热输送和配电损耗，热储能技术还有助于减少系统的投资成本和运营成本，提高供热系统的整体经济效益。

1.3能源利用优势

热储能技术可以实现热能的长期储存和及时释放，为供热系统提供灵活性和稳定性。通过将多余的热能转化为热储存介质中的潜热或化学热，可以平衡供需之间的时间差，满足用户随时变化的热能需求。此外，热储能技术还可以利用不同的储存介质，在不同的季节或日夜之间进行热能的互补调节，实现能源的高效利用。通过优化热储能系统的设计和运行策略，可以最大限度地提高系统的供热能力和稳定性，满足用户的舒适供热需求。

2集中供热系统中热储能技术的应用

2.1水热储能

水热储能技术是集中供热系统中应用最为广泛的热储能技术之一。其优势在于使用水作为储存介质，利用水的性质实现热能的储存和释放。在供热高峰期，可以利用多余的热能将水加热至高温并储存起来，以备在低峰期或需要供热时释放。水的高比热和相变潜热使得水热储存具有较高的储能密度和热损失小的优势。此外，水热储能还可以通过水的循环和热交换器等方式将储存的热能传递给供热系统，实现热能的有效利用。目前，水热储能技术在城市集中供热系统中得到了广泛应用，有效提高了供热系统的稳定性和灵活性。

2.2蓄热混凝土

常见的相变材料包括蜡、盐等。相比于传统混凝土，蓄热混凝土具有更高的热容量和储热性能。在低热负荷期间，相变材料吸收和储存多余的热能；而在高热负荷期间，相变材料释放储存的热能，满足供热需求。蓄热混凝土的优势在于其作为建筑结构材料的双重功能，既可以提供建筑支撑和隔热性能，又可以实现热储存和释放。这种技术适用于大型建筑物、公共设施以及工业园区等需要长期供热的场所，并且可以节约空间和成本，提高供热系统的能效性能。

2.3燃气蓄能

燃气蓄能作为一种热储能技术，在集中供热系统中具有许多优势。燃气储存设备可以灵活调节输出热能的大小和时间，以满足不同供热负荷的需求。这种灵活性使得燃气蓄能技术非常适用于应对季节性变化、突发寒冷和高峰期供热需求的情况。燃气蓄能设备运行稳定可靠，释放热能的效率较高。相比于其他储能技术，燃气储存容器具有较低的热损失和长期储能能力，有助于提高供热系统的整体能源利用效率。燃气蓄能技术还可以与其他能源形式进行集成，如使用太阳能或风能等可再生能源来转化和储存热能，进一步减少对传统能源的依赖，实现能源的清洁和可持续利用。

2.4化学能储存

化学能储存技术在集中供热系统中的应用也有诸多优势。化学反应可以实现更高密度的热能储存。相比于传统的物质储存介质，化学能储存技术可以实现更高的储能密度，从而在有限的空间内储存更多的热能。通过合适的化学反应选择，化学能储存技术可以实现较快的热能释放。这意味着在需要供热时，系统可以快速地释放储存的热能，满足用户的需求。化学能储存技术可以实现长期储存和远距离输送热能，具有较高的灵活性和可扩展性。与其他储能技术不同，化学能储存技术可以更好地适应供热系统的变化需求，并满足不同规模的供热网络的要求。

3集中供热系统中热储能技术性能评估方法

3.1热损失评估

热损失是热储能系统中一个重要的性能指标，影响着系统的能效和运行成本。为了准确评估热损失情况，可以采用多种方法和技术。首先，通过热工学模拟软件对热储存系统进行建模和仿真。这些软件可以模拟热传导过程、流体力学特性以及传热介质的热容等参数，从而计算出在不同温度梯度下的热损失量。其次，实验室测试也是评估热损失的有效手段。通过在实验室中构建仿真热储存系统，可以测量系统在储热和释能过程中的热损失量，以验证数值模拟结果的准确性。同时，可以采用红外测温仪等设备对热储存设备进行表面温度检测，从而评估热损失的大小和分布情况。

3.2经济性评估

热储能技术的经济性评估是投资和推广应用决策的重要考量因素。经济性评估涉及投资成本、运维成本以及资金回报等要素的综合分析。首先需要评估热储能设备的采购成本，包括热储存设备、热交换器、控制系统等各个组成部分的价格。然后考虑安装成本，包括设备安装、管道布局、电气接线和调试等方面的费用。此外，还需考虑系统的维护成本，包括定期的检修和保养费用，以及设备寿命、可靠性和维修工作。最后，对系统的投资回报周期进行评估，考虑运行期间的节能效益、减少碳排放所带来的财务收益等。

3.3系统能耗评估

系统能耗评估是热储能技术应用中至关重要的一环。通过安装传感器和数据记录设备，收集系统在储能和释能过程中的各项能耗指标。例如，可以监测储热介质在不同温度区域的流量、温度和压力等参数，以及热泵或燃烧系统的电耗或燃料消耗量。通过对实测数据的分析和对比，可以准确评估系统的能耗情况，并找出能耗较高的环节进行改进。通过建立各个组成部分的数学模型和能耗模型，对系统的能耗进行模拟。这些模型可以考虑传热、传质、能源转换等多个因素，准确计算能源在系统中的流动和转换过程中的能耗量。利用仿真软件对系统进行仿真模拟，可以优化系统参数和运行策略，提高能源利用效率。

4结语

热储能技术在集中供热系统中的应用具有环境、经济和能源利用等方面的明显优势。通过合理利用和储存热能，可以减少对传统能源的消耗和温室气体的排放，降低运营成本并提高供热系统的稳定性和可靠性。未来的发展和应用研究需要进一步加强技术创新和政策支持，推动热储能技术在集中供热领域的广泛推广和应用，为能源转型和环境保护做出更大贡献。

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